全橋電路設(shè)計(jì)分析
1.MOS/IGBT的柵極引腳部分的電路:
簡單來說就是驅(qū)動全橋電路就早驅(qū)動信號驅(qū)動MOS/IGBT的柵極，但是驅(qū)動信號直接送到機(jī)極上是不可以的，因?yàn)镸OS/IGBT柵極結(jié)構(gòu)原因，存在電容，如果驅(qū)動信號不輔助柵極部分的硬件電路會使MOS/IGBT一直導(dǎo)通，造成全橋電路中的四個(gè)管全部導(dǎo)通，結(jié)果可想而知。
解決方案比如下圖所示:
2.MOS/IGBT的保護(hù)電路:
MOS/IGBT管具有較脆弱的承受短時(shí)過載能力，所以在應(yīng)用時(shí)必須為其設(shè)計(jì)合理的保護(hù)電路來提高器件的可靠性。常見的保護(hù)電路有很多種，比如RC保護(hù)電路或者RCD保護(hù)電路。
本次設(shè)計(jì)采用的是RCD 緩沖吸收電路和MOS管構(gòu)成全橋逆變電路，將直流高壓電轉(zhuǎn)換為交流激勵(lì)信號。
3.全橋電路的器件選型問題:
全橋電路中每一個(gè)器件的選型都尤為重要，可能哪一個(gè)器件的承受值不滿足可能會造成整個(gè)全橋電路癱瘓。比如MOS管的選型，在計(jì)算最大工作頻率時(shí)要關(guān)注MOS管的上升和下降時(shí)間，以及保護(hù)電路的器件特性等。
本次設(shè)計(jì)的全橋逆變電路(IRFP460MOS管、水泥電阻、聚酯膜電容以及快恢復(fù)二極管等)，其中最高工作頻率以及耐壓耐流主要看所選擇的器件(IGBT工作頻率會低一些，但是耐壓耐流值高)。
下圖是全橋逆變電路的輸出波形:
下圖是本次設(shè)計(jì)中采樣電阻采到的波形(可以看出峰峰值電流達(dá)到100A)。
無刷直流電機(jī)三相六臂全橋驅(qū)動電路
無刷直流電機(jī)驅(qū)動控制電路如圖所示。該電路采用三相六臂全橋驅(qū)動方式，采用此方式可以減少電流波動和轉(zhuǎn)矩脈動，使得電機(jī)輸出較大的轉(zhuǎn)矩。
在電機(jī)驅(qū)動部分使用6個(gè)功率場效應(yīng)管控制輸出電壓，四軸飛行器中的直流無刷電機(jī)驅(qū)動電路電源電壓為12V.驅(qū)動電路中，Q1~Q3采用IR公司的IRFR5305(P溝道)，Q4~Q6為IRFR1205(N溝道)。
該場效應(yīng)管內(nèi)藏續(xù)流二極管，為場效應(yīng)管關(guān)斷時(shí)提供電流通路，以避免管子的反向擊穿，其典型特性參數(shù)見表1.T1~T3采用PDTC143ET 為場效應(yīng)管提供驅(qū)動信號。
由圖可知，A1~A3 提供三相全橋上橋臂柵極驅(qū)動信號，并與ATMEGA16單片機(jī)的硬件PWM驅(qū)動信號相接，通過改變PWM信號的占空比來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制;B1~B3提供下橋臂柵極驅(qū)動信號，由單片機(jī)的I/O口直接提供，具有導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)。
無刷直流電機(jī)驅(qū)動控制采用三相六狀態(tài)控制策略，功率管具有六種觸發(fā)狀態(tài)，每次只有兩個(gè)管子導(dǎo)通，每60°電角度換向一次，若某一時(shí)刻AB相導(dǎo)通時(shí)，C相截至，無電流輸出。
單片機(jī)根據(jù)檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，利用MOSFET的開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的通電控制，例如，當(dāng)Q1、Q5打開時(shí)，AB相導(dǎo)通，此時(shí)電流流向?yàn)殡娫凑龢O→Q1→繞組A→繞組B→Q5→電源負(fù)極。
類似的，當(dāng)MOSFET打開順序分別為Q1Q5，Q1Q6，Q2Q6，Q2Q4，Q3Q4，Q3Q5時(shí)，只要在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確換向，就可實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
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